DE69011896T2 - Discharge tube. - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Enladungsröhre entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welche hauptsächlich für verschiedene Analysen oder quantitative Messungen verwendet wird.The invention relates to a discharge tube according to the preamble of claim 1, which is mainly used for various analyses or quantitative measurements.
Ein Beispiel für eine Entladungsröhre dieser Art ist eine Deuteriumlampe, wie sie in den Figuren 2(a) bis 2(c) gezeigt ist. Die Lampe weist einen ersten, zweiten, dritten und vierten Anschluß 1, 2, 3 und 4 an Trägerelektroden auf. Diese Anschlüsse sind in einer Linie in vorbestimmten Intervallen in einem verhältnismäßig flachen, gequetschten Fuß 5 aus Glas vorgesehen. Der vierte Anschluß 4 trägt direkt eine Schirmelektrode 6. Der dritte Anschluß 3 trägt eine Anode 7. Der zweite Anschluß hält die negative Seite (-) einer Kathode 9 über eine Keramikröhre 8, während der erste Anschluß 1 die positive Seite (+) der Kathode 9 hält. Die Schirmelektrode 6 weist ein Elektronenkonvergenzteil 11 auf, welches eine schmale Öffnung enthält, die der Anode 7 gegenüberliegt. Die Keramikröhren 8 und 10 sind an der Schirmelektrode 6 mit Bändern 12 starr befestigt. Die Keramikröhre 10 ist mit dem ersten Anschluß 1 verbunden. In der Fig. 2 bezeichnet die Referenzzahl 13 eine abgedichtete Hülle aus Glas.An example of a discharge tube of this type is a deuterium lamp as shown in Figures 2(a) to 2(c). The lamp has first, second, third and fourth terminals 1, 2, 3 and 4 of supporting electrodes. These terminals are provided in a line at predetermined intervals in a relatively flat pinched base 5 made of glass. The fourth terminal 4 directly supports a screen electrode 6. The third terminal 3 supports an anode 7. The second terminal supports the negative side (-) of a cathode 9 via a ceramic tube 8, while the first terminal 1 supports the positive side (+) of the cathode 9. The screen electrode 6 has an electron convergence part 11 which includes a narrow opening facing the anode 7. The ceramic tubes 8 and 10 are rigidly attached to the shield electrode 6 with bands 12. The ceramic tube 10 is connected to the first terminal 1. In Fig. 2, the reference number 13 designates a sealed glass envelope.
Diese Elektrodenhalterungsanschlüsse 1 bis 4 haben für gewöhnlich einen Durchmesser (d) im Bereich von:These electrode holder connections 1 to 4 usually have a diameter (d) in the range of:
0,8 < d < 1,2 mm.0.8 < d < 1.2 mm.
In diesem Fall ist es notwendig, daß der Abstand Lg zwischen der Verbindung des vierten Anschlusses 4 und der Schirmelektrode 6 und dem äußeren Ende des gequetschten Fußes 5 größer als 12 mm ist, der minimale Abstand La zwischen dem Elektronenkonvergenzteil 11 und dem äußeren Ende des Fußes größer als 24 mm, und der Abstand Lk, der entlang dem Anschluß von dem Elektronenemissionszentrum der Kathode 12 zu dem äußeren Ende des Fußes 5 gekrümt ist, größer als 28 mm ist; andererseits würde in der angeschalteten Lampe erzeugte Wärme (wie z.B. Wärme, die durch den Anprall von Wasserstoffionen an der heißen Kathodenoberflächen erzeugt wird; Wärme, die in der Oberfläche des Elektronenkonvergenzteils 11 durch die Emission von Licht an dem Elektronenkonvergenzteil 11 erzeugt wird, und Wärme, die erzeugt wird, wenn Elektronen auf die Anode 7 auftreffen) thermisch ungünstige Effekte auf dem Glassystem der Lampe verursachen. In dem gequetschten Fuß 5 sind das Glas und das Metallmaterial (der Elektrodenhalteanschlüsse) miteinander verschmolzen und unterscheiden sich voneinander im thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Daher können, z.B. bei einer Lampeneingangsleistung von 30 W, wenn die oben beschriebenen Bedingungen Lg > 12 mm, La > 24 mm und Lk > 28 nicht erfüllt sind, Brüche in dem Glasfuß 5 auftreten.In this case, it is necessary that the distance Lg between the connection of the fourth terminal 4 and the shield electrode 6 and the outer end of the crimped foot 5 is greater than 12 mm, the minimum distance La between the electron convergence part 11 and the outer end of the stem is larger than 24 mm, and the distance Lk curved along the terminal from the electron emission center of the cathode 12 to the outer end of the stem 5 is larger than 28 mm; on the other hand, heat generated in the lit lamp (such as heat generated by the impact of hydrogen ions on the hot cathode surface; heat generated in the surface of the electron convergence part 11 by the emission of light at the electron convergence part 11, and heat generated when electrons impact the anode 7) would cause thermally unfavorable effects on the glass system of the lamp. In the crimped stem 5, the glass and the metal material (of the electrode holding terminals) are fused together and differ from each other in thermal expansion coefficient. Therefore, for example at a lamp input power of 30 W, if the above-described conditions Lg > 12 mm, La > 24 mm and Lk > 28 are not met, cracks may occur in the glass base 5.
Ein anderes Beispiel einer Entladungsröhre von der Art, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, ist aus der US-A-3 956 655 bekannt. Diese Gasentladungsröhre wird zum Erzeugen von Ultraviolettstrahlung verwendet und ist bei niedrigem Druck mit Wasserstoff oder Deuterium gefüllt. In dieser Röhre wird die Kathode durch zwei Halteanschlüsse gehalten.Another example of a discharge tube of the type corresponding to the preamble of claim 1 is known from US-A-3 956 655. This gas discharge tube is used to generate ultraviolet radiation and is filled with hydrogen or deuterium at low pressure. In this tube, the cathode is held by two holding terminals.
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, die Wärmebeständigkeit einer Entladungsröhre von der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art zu verbessern.It is the object of this invention to improve the heat resistance of a discharge tube of the type corresponding to the preamble of claim 1.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchdringen wenigstens acht Elektrodenhalteanschlüsse den Knopffuß in einer solchen Weise, daß die Anschlüsse in vorbestimmten Intervallen auf einem Kreis koaxial zu dem Knopffuß angeordnet sind, und daß von diesem wenigstens acht Elektrodenhalteanschlüssen wenigstens drei die Kathode halten, wenigstens drei die Schirmelektrode halten und wenigstens zwei die Anode halten. Eine solche Ausführungsform ist in bezug auf die Vibrationsbeständigkeit der Elektroden und die Positionsgenauigkeit des Lichtemissionspunktes verbessert.In a preferred embodiment, at least eight electrode holding terminals penetrate the button base in such a manner that the terminals are arranged at predetermined intervals on a circle coaxial with the button base, and that of these at least eight electrode holding terminals, at least three hold the cathode, at least three hold the shield electrode and at least two hold the anode. Such an embodiment is improved in terms of the vibration resistance of the electrodes and the positional accuracy of the light emission point.
Die Figuren 1(a) bis 1(c) geben eine Draufsicht, Vorderansicht und Seitenansicht von einem ersten Ausführungsbeispiel einer Entladungsröhre nach dieser Erfindung wieder;Figures 1(a) to 1(c) show a plan view, front view and side view of a first embodiment of a discharge tube according to this invention;
die Figuren 2(a) bis 2(c) zeigen eine Draufsicht, eine Vorderansicht und eine Seitenansicht einer herkömmlichen Entladungsröhre; undFigures 2(a) to 2(c) show a plan view, a front view and a side view of a conventional discharge tube; and
die Figuren 3(a) bis 3(c) geben eine Draufsicht, eine Vorderansicht bzw. Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Entladungsröhre gemäß der vorliegenden Erfindung wieder.Figures 3(a) to 3(c) show a plan view, a front view and a side view, respectively, of a second embodiment of a discharge tube according to the present invention.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für diese Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1(a) bis 1(c) beschrieben.A first embodiment of this invention will be described with reference to Figures 1(a) to 1(c).
In den Figuren 1(a) bis 1(c) bezeichnet die Bezugszahl 20 einen scheibenförmigen Knopffuß aus Hartglas; und 21 eine abgedichtete Hülle aus transparentem Glas.In Figures 1(a) to 1(c), reference numeral 20 denotes a disk-shaped button base made of tempered glass; and 21 a sealed shell made of transparent glass.
Der Knopffuß 20 weist eine Vielzahl von verhältnismäßig dicken Durchfübrungen 22 (acht Durchführungen in diesem Ausführungsbeispiel) auf, die in vorbestimmten Intervallen auf einem Kreis koaxial zu der Basis des Knopffußes 20 angeordnet sind. Die Durchführungen 22 sind vertikal von acht Elektrodenhalteanschlüssen 31 bis 38 durchduungen. Diese Anschlüsse 31 bis 38, die, wie in Fig. 1(a) gezeigt ist, entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn angeordnet sind, werden als erste bis achte Anschlüsse bezeichnet. Ferner bezeichnet in Fig. 1 die Referenzzahl 23 eine aus Nickel oder Eisen oder einer Legierung daraus hergestellte Schirmelektrode; 24 eine aus Molybden, Wolfram, Tantal, Titan oder einer Legierung daraus hergestellte Elektrode, wobei die Elektrode 24 ein Elektronenkonvergenzteil 25 aufweist, welches durch eine schmale Öffnung gebildet ist, und die Referenzzahl 26 bezeichnet ein Lichtdurchgangsfenster.The button foot 20 has a plurality of relatively thick through holes 22 (eight through holes in this embodiment) arranged at predetermined intervals on a circle coaxial with the base of the button foot 20. The Through holes 22 are vertically penetrated by eight electrode holding terminals 31 to 38. These terminals 31 to 38, which are arranged counterclockwise as shown in Fig. 1(a), are referred to as first to eighth terminals. Further, in Fig. 1, reference numeral 23 denotes a shield electrode made of nickel or iron or an alloy thereof; 24 an electrode made of molybdenum, tungsten, tantalum, titanium or an alloy thereof, the electrode 24 having an electron convergence part 25 formed by a narrow opening, and reference numeral 26 denotes a light transmission window.
Der dritte Anschluß 33 und der siebente Anschluß 37 halten beide Enden der Schirmelektrode 23, welche (in der Y-Achsenrichtung) auf beiden Seiten des Elektronenkonvergenzteils 25 vorhanden sind, und der fünfte An- schluß 35 hält ein Ende der Schirmelektrode 23 in der X-Achsenrichtung. Der erste Anschluß kann dazu verwendet werden, die Schirmelektrode 23 zu halten, wenn er nicht für andere Zwecke verwendet wird. Auf jeden Fall wird die Schirmelektrode 23 durch wenigstens drei Anschlüsse (33, 35 und 37) gehaltert. Herkömmlich hält, wie in Fig. 2 gezeigt ist, nur ein Anschluß 4 die Schirmelektrode 4 direkt, und die anderen halten diese über die Keramikröhren 8 und 10. Und zwischen den Anschlüssen und den Keramikröhren existiert ein Zwischenraum. Daher ist die herkömmliche Entladungsröhre in der Vibrationsfestigkeit gering. Andererseits ist die Vibrationsfestigkeit der Entladungsröhre nach der Erfindung, wie aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich ist, ausreichend hoch.The third terminal 33 and the seventh terminal 37 hold both ends of the shield electrode 23 which are present on both sides (in the Y-axis direction) of the electron convergence part 25, and the fifth terminal 35 holds one end of the shield electrode 23 in the X-axis direction. The first terminal can be used to hold the shield electrode 23 when it is not used for other purposes. In any case, the shield electrode 23 is held by at least three terminals (33, 35 and 37). Conventionally, as shown in Fig. 2, only one terminal 4 holds the shield electrode 4 directly, and the others hold it via the ceramic tubes 8 and 10. And a gap exists between the terminals and the ceramic tubes. Therefore, the conventional discharge tube is low in vibration resistance. On the other hand, the vibration resistance of the discharge tube according to the invention is sufficiently high, as can be seen from the foregoing description.
Der vierte Anschluß 34 und der sechste Anschluß 36 tragen beide Enden der Anode 27, welche eine von den wärmeerzeugenden Quellen ist. Da die Anode durch wenigstens zwei Anschlüsse gehalten wird, den vierten und sechsten Anschluß 34 und 36, wird eine Wärmebelastung auf diese beiden Anschlüsse verteilt. Daher wird, wenn gilt 0,8 < d < 1,2 mm, das Brechen des Knopffußes 20 in dem Bereich von La > 15 mm verhindert.The fourth connection 34 and the sixth connection 36 both carry ends of the anode 27 which is one of the heat generating sources. Since the anode is supported by at least two terminals, the fourth and sixth terminals 34 and 36, a heat load is distributed to these two terminals. Therefore, when 0.8 < d < 1.2 mm, the breakage of the button base 20 is prevented in the range of La > 15 mm.
Die Kathode 28 ist auch eine von den wärmeerzeugenden Quellen. Die Kathode 28 wird als "Heiß-Kathode" bezeichnet, welche eine vorbestimmte Wärmemenge zur Emission von Elektronen benötigt. Wenn die Wärmestrahlungseffizienz zu hoch ist, tritt daher eine Verringerung der Wärmemenge auf, in deren Ergebnis die Kathode unstabil arbeitet. Bislang wird eine große Wärmemenge auf den Elektrodenhalteanschluß übertragen, so daß der Fuß oft bricht. Wie oben beschrieben wurde, mußte bislang bei 0,8 < d < 1,2 mm die Relation Lk > 28 mm erfüllt werden. Andererseits sind in dem Ausführungsbeispiel für die Erfindung der erste und zweite Anschluß 31 bzw. 32 mit einem Brückenstift 39 verbunden, welcher im Durchmesser größer als diese (31 und 32) ist und zum Verteilen der thermischen Belastung dient. Die Kathode 28 wird zusätzlich durch den achten Anschlußstift 38 gehaltert. Da die Kathode 28 durch diese drei Stifte gehalten wird, wird das Brechen des Knopffußes 20 in dem Bereich von Lk > 18 mm verhindert.The cathode 28 is also one of the heat generating sources. The cathode 28 is called a "hot cathode" which requires a predetermined amount of heat to emit electrons. Therefore, if the heat radiation efficiency is too high, a reduction in the amount of heat occurs, as a result of which the cathode operates unstably. Up to now, a large amount of heat is transferred to the electrode holding terminal, so that the foot often breaks. As described above, up to now, when 0.8 < d < 1.2 mm, the relation Lk > 28 mm has to be satisfied. On the other hand, in the embodiment of the invention, the first and second terminals 31 and 32 are connected to a bridge pin 39 which is larger in diameter than these (31 and 32) and serves to distribute the thermal load. The cathode 28 is additionally supported by the eighth terminal pin 38. Since the cathode 28 is held by these three pins, the breakage of the button foot 20 in the range of Lk > 18 mm is prevented.
Ein zweites Ausfühuungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 3(a) bis 3(c) gezeigt, wo die Kathode 28 unterhalb des Elektronenkonvergenzteils 25 angeordnet ist. In dieser Figur sind die Teile, die den Teilen in Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet und Erklärungen dieser Teile sind hier weggelassen.A second embodiment of the invention is shown in Figures 3(a) to 3(c), where the cathode 28 is arranged below the electron converging part 25. In this figure, the parts corresponding to the parts in Figure 1 are designated by the same reference numerals and explanations of these parts are omitted here.
Die vorliegende Erfindung bietet die folgenden Vorteile:The present invention offers the following advantages:
(1) Die Wärmeabstrahlung über die Elektrodenhalteanschlüsse ist merklich verbessert, was eine Miniaturisierung der Lampe ermöglicht.(1) The heat radiation via the electrode holding terminals is significantly improved, which enables miniaturization of the lamp.
Zum Beispiel ist der Grenzwert der Röhrenwandbelastung ((Menge der Eingangswärmeleistung W in Watt) / (äußerer Oberflächenbereich S in cm² der Lampe)) der in Fig. 1 gezeigten Lampe verbessert, wie in der folgenden Tabelle gezeigt wird, wenn ein Vergleich mit den entsprechenden Werten der in Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Lampe erfolgt. Dies ermöglicht die Miniaturisierung der Lampe. W-Grenze (Watt) W/S (Watt/cm²) Stand der Techik (Fig. 2) Erfindung (Fig. 1)For example, the limit value of the tube wall load ((amount of input heat power W in watts) / (outer surface area S in cm² of the lamp)) of the lamp shown in Fig. 1 is improved as shown in the following table when compared with the corresponding values of the conventional lamp shown in Fig. 2. This enables the miniaturization of the lamp. W limit (Watt) W/S (Watt/cm²) State of the art (Fig. 2) Invention (Fig. 1)
Der Grenzwert der Eingangwärmemenge W ist definiert als ein Wert, bei welchem die Rate der auftretenden Fußbrüche nach 1.000 Betriebsstunden 30 % erreicht (der Knopffuß besteht aus Hartglas, der Anschlußdurchmesser beträgt 1,0 ± 0,2 mm und die Zahl der Anschlüsse beträgt acht). Wie oben beschrieben ist, werden die acht Anschlüsse wie folgt verwendet: drei für die Schirmelektrode; zwei für die Anode und drei für die Kathode. Und es ist erforderlich, daß gilt Lg > 7 mm, La > 15 mm, und Lk > 18 mm.The limit value of the input heat quantity W is defined as a value at which the rate of occurring foot breakage reaches 30% after 1,000 hours of operation (the button foot is made of tempered glass, the terminal diameter is 1.0 ± 0.2 mm, and the number of terminals is eight). As described above, the eight terminals are used as follows: three for the shield electrode; two for the anode, and three for the cathode. And it is required that Lg > 7 mm, La > 15 mm, and Lk > 18 mm.
(2) Die Elektroden sind erheblich in bezug auf die Positionsgenauigkeit verbessert. Bislang wird das Positionieren des Lichtemissionspunktes bei dem Elektrodenherstellungsprozeß durchgeführt. Da die Elektrodenhalteanschlußstifte in einer Linie angeordnet sind, ist beim Schweißen der Schirmelektrode 6 kein Anschlußstift verfügbar, um das Elektronenkonvergenzteil 11 in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achse zu haltern. Entsprechend wird, nachdem die Elektrode mit dem vierten Anschluß gehalten wird, das Elektronenkonvergenzteil 11 visuell in der X-Achsenrichtung und dann in der Y-Achsenrichtung unter Verwendung eines Mikroskops positioniert und korrigiert. Die Position kann jedoch nicht in der Z-Achsenrichtung korrigiert werden. Andererseits wird in der Entladungsröhre nach der Erfindung von zwei Anschlußstiften Gebrauch gemacht, die symmetrisch in bezug auf die Mitte des Knopffußes 20 angeordnet sind, und ein U- förmiges Plattenteil, an welchem das Elektronenkonvergenzteil 25 im voraus befestigt worden ist, wird vorbereitet. Das Plattenteil wird dann an den zwei Anschlußstiften angebracht, so daß die Zentrierung in der X-Achsenrichtung erreicht wird. Danach wird beim Schweißprozeß ein Mikroskop verwendet, um die Positionierung in der Y-Achsenrichtung und in der Z-Achsenrichtung einfacher als nach dem Stand der Technik zu erreichen.(2) The electrodes are significant in terms of position accuracy improved. Heretofore, positioning of the light emission point is performed in the electrode manufacturing process. Since the electrode holding pins are arranged in a line, when welding the shield electrode 6, no pin is available to hold the electron convergence member 11 in the X-, Y- and Z-axis directions. Accordingly, after the electrode is held with the fourth terminal, the electron convergence member 11 is visually positioned and corrected in the X-axis direction and then in the Y-axis direction using a microscope. However, the position cannot be corrected in the Z-axis direction. On the other hand, in the discharge tube according to the invention, use is made of two pins arranged symmetrically with respect to the center of the button base 20, and a U-shaped plate member to which the electron convergence member 25 has been attached in advance is prepared. The plate part is then attached to the two terminal pins so that the centering in the X-axis direction is achieved. After that, a microscope is used in the welding process to achieve the positioning in the Y-axis direction and in the Z-axis direction more easily than the prior art.
Der Lichtemissionspunkt kann von der Mitte des Knopffußes 20 in der Y-Achsenrichtung durch Verschieben der Positionen der Fußanschlüsse oder durch Verwenden einer ungeraden Anzahl von Anschlüssen verschoben werden.The light emission point can be moved from the center of the button foot 20 in the Y-axis direction by moving the positions of the foot terminals or by using an odd number of terminals.
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